EP2128966A1 - Anordnung aus Permanentmagneten - Google Patents

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Publication number
EP2128966A1
EP2128966A1 EP08104151A EP08104151A EP2128966A1 EP 2128966 A1 EP2128966 A1 EP 2128966A1 EP 08104151 A EP08104151 A EP 08104151A EP 08104151 A EP08104151 A EP 08104151A EP 2128966 A1 EP2128966 A1 EP 2128966A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnets
static
component
pole
magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08104151A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Rinderle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lechtenberg Gheorghe-Puiu
Ringer Ursula
Original Assignee
Lechtenberg Gheorghe-Puiu
Ringer Ursula
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lechtenberg Gheorghe-Puiu, Ringer Ursula filed Critical Lechtenberg Gheorghe-Puiu
Priority to EP08104151A priority Critical patent/EP2128966A1/de
Priority to DE112009001850T priority patent/DE112009001850A5/de
Priority to EP09753555A priority patent/EP2289154A2/de
Priority to PCT/DE2009/075024 priority patent/WO2009143839A2/de
Publication of EP2128966A1 publication Critical patent/EP2128966A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K53/00—Alleged dynamo-electric perpetua mobilia

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of permanent magnets for in particular based on magnetic attraction and repulsion forces relative movement of a first and a second component to each other.
  • the invention has for its object to offer a particularly simple design drive assembly and a particularly simple method for generating a relative movement.
  • the force is generated by rotating the pole reversal magnets, which are also referred to as Umpolmagnete, by 180 degrees.
  • the generated propulsion power of all possible permanent magnet motor designs is done in particular by rotating the pole reversal magnets by 180 degrees in conjunction with the static magnets in the neutral zone.
  • the pole reversal magnets opposite static magnets are assigned, the magnets are preferably cylindrical in shape and are polarized in the longitudinal direction. As a result, the Magnets on the cylindrical surface of the shell are half North and half South polarized.
  • the magnets can be variably chosen according to the use both in diameter and in height.
  • the rotation of these magnets is carried out stepwise continuously optionally by various types of control.
  • the selected arrangement the rotation of the magnets in a largely neutral magnetic field.
  • the force required for pole change is only a fraction of the force generated by the pole change.
  • the pole reverse magnets can be positioned on the housing and optionally also on the rotor or slide.
  • the static magnets are positioned opposite the pole reversal magnets.
  • the components forming a motor unit are generally identical in construction and can be correspondingly extended to the desired power. All components used for engine extension are clocked by gears or racks.
  • the pole changing magnets can be stored both on the static part of the engine, but also positioned and stored on the rotors or carriages.
  • At least two magnets with NORD-SÜD polarization attract each other and repel each other by pole changes in the neutral zone.
  • the magnets used are polarized in the longitudinal direction north-south and in round design.
  • the effective direction of the magnets is either the lateral surface on the circumference or the circular surface of the PolumLitemagnete, which are aligned with the lateral surfaces on the periphery of the static magnets.
  • the pole changes necessary for the operation can be carried out by self-generated mechanical energy or by servomotors.
  • the pole changes are performed by electric stepper motors, rotary gears or step-reverse gear with stroke gear.
  • the current consumption of the stepper motors is a subset of the generated power of the permanent magnet motor.
  • the power requirement is generated during operation by a generator, which may be connected to a starter and backup battery.
  • the arrangement can be embodied, for example, as RPMM (rotor permanent magnet motor) with static magnets on the rotor, pole-changing magnets on the outer jacket and the control of the pole changes by stepper motors.
  • RPMM rotor permanent magnet motor
  • the force created by repulsion and attraction of the magnets expands with the leverage of the rotor diameter.
  • An increase in performance can be achieved by increasing the rotor diameter or by using stronger magnets.
  • the arrangement can also be designed as an LPMM (linear permanent magnet motor) with static magnets on the outer jacket, pole-changing magnets on the slide or rotor.
  • LPMM linear permanent magnet motor
  • the control of the pole change takes place by means of rotary clock transmission.
  • LPMM linear permanent magnet motor
  • the design as LPMM created by repulsion and attraction of Mangnete a continuous propulsive force.
  • the arrangement can be mounted as LPMM with static magnets in the package of, for example, each 5 magnets on the carrier and the pole changing magnets mounted on the carriage.
  • pole change magnets may be present on the rotor with 2 magnets each, the circular surfaces facing the static magnets.
  • the control of the pole change can be done by a rack controlled by a jack gear connected to stepper motor or step-reverse gear.
  • the arrangement can also be designed as an LPMM with static magnets mounted on the carrier in packages of, say, 5 magnets each, or as RPMM with pole changing magnets on the carriage or rotor in the center of 4 static magnet packages each.
  • the arrangement can be designed as a RPMMG (rotor permanent magnet motor generator), wherein the 5'er-pack magnets can be formed with copper winding as a coil. In this case, current is generated in the coils by the rotation of the pole reversal magnets.
  • RPMMG rotor permanent magnet motor generator
  • the control of the permanent magnet motors can be done by a step or servo motor. It is also possible to control the motors by means of a rotary-clock transmission or a stepper or servo motor with a screw jack. Control with stepper motor with lift gear can be done by electronic sequencing mapping of stepper motors associated with the permanent magnet motor of each station. Alternatively, servo-motors with lifting gear can be controlled by inductive sensors for switching the servo motors on and off depending on rotor movement (RPMM) or carriage movement (LPMM). In particular, the stepper or servo motors can rotate 45 degrees with each step. This rotation can then be increased by the gear ratios of the motors to the gears of eccentric shafts in the ratio 1: 2 to 90 degrees rotation.
  • RPMM rotor movement
  • LPMM carriage movement
  • a control of the permanent magnet motor is possible by a step-reversing gearbox with screw jack.
  • the magnetic polarization of the permanent magnets is indicated by "N” for the magnetic north pole and "S” for the magnetic south pole.
  • RPMM At the in Fig. 1 to Fig. 6 RPMM shown are the static magnets on the rotor and the pole changing magnets on the outer jacket.
  • the control of the pole change is done by stepper motors.
  • Fig. 1 shows a cross section of an RPMM with two rotor disks as a carrier of the static magnets.
  • the pole change required for the operation of the magnets mounted in the outer jacket are controlled by angle encoders and stepper motors.
  • the RPMM consists of a base plate (1) which receives in the center of the bearing (2) and the rotor axis (25). On the rotor axis (25) of the rotor (5 and 5a) and the rotor carrier (26) and the flywheel (22) is mounted. The rotor (5) with rotor carrier (26) and rotor (5a) and the gear (21) are supported by bearing (3) and freewheel (4) on the rotor axis (25). Connected to the base plate (1) is the centering ring (20). Centered in this bearing ring (6) is arranged. The bearing rings (7, 8 and 9) are each centered by the underlying bearing rings.
  • the bearing ring (9) is closed at the top by the spacer ring (10) and the end ring (11) and its three-point bearing with the bearing bush (23).
  • the end ring (11) with three-point bearing of the bearing bush (23) receives the rotor axis (25).
  • the rotor axis (25) carries as a power take-off gear (24).
  • the rotors (5 and 5a) are provided on the outer diameter on the top and bottom with the magnets (19), each with 8 pieces. These magnets are arranged at 45 degrees on the circumference.
  • the bearing rings (6, 7, 8, 9) are each arranged with six bearings with 60 degrees graduation on the circumference. These are provided for receiving the magnets (18) with shafts (27) and gears (17).
  • the gear (21) is engaged with the gear (12) of the shaft (13) of the flexible coupling (14) for driving the rotary encoder (15) with bearing housing (28).
  • the angle encoder (15) controls the six stepper motors (16) in pairs opposite each other.
  • the shafts of the stepper motors (16) are coupled by flexible couplings (29) with the shafts (27) of the bearing ring (9).
  • the Gears (17) of the bearing ring (9) are engaged with the underlying gears (17) of the bearing rings (8, 7, 6).
  • Mounted on the rotor axis (25) is the flywheel mass (22) with rotor (5) and rotor receptacle for rotor (5a) and toothed wheel (21).
  • Fig. 2 shows a plan view along the section AB Fig. 1 ,
  • the rotor axis (25) mounted in the three-point bushing (23) and the end ring (11).
  • the flywheel (22) of the rotor carrier (26) with rotor (5a) is mounted on the rotor axis, as in Fig. 1 represented, the flywheel (22) of the rotor carrier (26) with rotor (5a).
  • Attached to the three-point bearing (11) is the bearing housing (28) for receiving the shaft (13).
  • the static magnets (19) on the top and bottom are mounted opposite one another.
  • the arrangement consists of two rotors (5 and 5a) with fixed permanent magnets (19), on the circumference on the top and bottom opposite, with the same pitch 45 degrees.
  • the static rotor magnets (19) are arranged alternately NORD-SÜD, SÜD-NORD on the circumference.
  • the clocked magnets (18) are on the circumference of the bearing rings (6-9) on the same horizontal plane of the rotor magnets (19) opposite, but mounted with 60 degrees division. These magnets (18) are rotatable in the bearing ring, mounted one above the other and connected by gears (17), so that the pole change of these magnets by rotating the Waves (27) is achieved by 180 degrees. These magnets (18) have cylindrical shape, with the NS polarization in the longitudinal direction.
  • Fig. 3 shows a cross section of the RPMM Fig. 1 with one compared to Fig. 1 other control.
  • the control is done here by inductive sensors.
  • the gear (21), in engagement with gear (12), set the shafts (13a) in rotation.
  • the shaft (13a) is mounted in the bearing housing (28a), by means of bearings (33) and backstop (32).
  • the switching disc (38) Fixed on the shaft (13a) is the switching disc (38) and the adjusting arm (31) with storage.
  • the adjustment arm (31) arranged 3 inductive sensors (30).
  • a joint (37), as in Fig. 6 shown, has an adjusting spindle (34) and a ball joint (35).
  • Attached to the bearing housing (28a) is the arm (39) for receiving the ball joint (35).
  • the switching cam (15a) are arranged on the switching disc (38).
  • Fig. 4 shows an enlarged partial section of Fig. 3 with assignment of the magnet polarity. From this drawing, the arrangement of the pole reversal magnets (18) and the static magnets (19) can be seen. The magnets (18 and 19) are located opposite each other at the switching point, before the pole change of the magnets (18). The polarity of the magnets (18 and 19) is indicated by the respective inscription: The designation "N" corresponds to the magnetic north pole and the designation "S" to the magnetic south pole.
  • Fig. 5 shows a plan view along the section CD of the RPMM Fig. 3 , This corresponds Fig. 5 in parts of Fig. 2 but with a shaft (13a), a switching cam (15a) and a bearing housing for switching disc (28a).
  • Fig. 6 shows a plan view of the control disk with adjustable inductive sensors Fig. 3 , On the switching disc (38), the switching cam (15a) are arranged. On the shaft (13a) is mounted the adjusting arm (31) with 3 inductive sensors (30), and joint (37), adjusting spindle (34) and ball joint (35). Bearing in the ball joint (35) is the adjusting nut (36). Attached to the bearing housing (28a) is the arm (39), which is a fixed point for receiving the ball joint (35).
  • RPMM controls the pole reversal magnets (18) by step or servo motors. This control works as follows:
  • the pole reversal magnets (18) must be aligned with the static rotor magnets (19) according to their polarization. After switching on the control and releasing the fixing pin (101), the inductive sensors (30) take over the timing of the stepping motors (16) in pairs opposite one another. The rotor (5 and 5a) rotates as the pole reversal magnets (18) and the permanent magnets (19) undergo a tightening and repulsion cycle, alternately.
  • a neutral zone is the zone in which the pole reversal magnets (18) and the static magnets (19) are positioned facing north-south or south-north.
  • the command of the controller for pole change of the pole reversal magnets (18), takes place shortly before reaching the neutral zone.
  • the 180 degree rotation of the pole reverse magnets (18) is halfway when the neutral zone is reached, i. with 90 degrees, takes place.
  • the gear (24) allows the drive of a dynamo for power generation. Thus, it is possible to generate the current required to operate the stepper motors (16) to rotate the pole changing magnets (18) themselves.
  • Fig. 4 is a partial section of Fig. 3 , In this illustration, four magnet pairs (18 and 19) meet at the switching point and four magnet pairs (18 and 19) on the opposite side of the rotor (in Fig. 4 not shown).
  • the pole change of the magnets (18) on reaching the neutral zone is the prerequisite for the rotation of the rotor.
  • Fig. 7 shows a partial plan view of an LPMM with fixed magnets on the outer jacket and switched magnet on the carriage.
  • the magnetic influence of the static magnets (19) and the pole reversal magnets (18) leads to a linear movement along the in Fig. 7 shown arrow direction.
  • a translational relative movement of the carriage plate (63) is generated to the base plate (71).
  • Fig. 8 shows a cross section of the LPMM Fig. 7 ,
  • the two levels of static magnets (19) and pole reversal magnets (18) face each other with opposite magnetic polarization.
  • Fig. 9 shows two bearing columns with gear drive for the magnets Fig. 7 with a connecting part (72), shafts for magnet holder (73), synchronizing gear (74), intermediate gear (75), angle for traverse (76) and a traverse (77).
  • Fig. 10 shows two rotary clock drives on two levels in a sectional view. Such a rotary-clock transmission may serve to control an RPMM or LPMM.
  • a rotary-clock transmission may serve to control an RPMM or LPMM.
  • two units of the rotary-clock transmission are shown.
  • One unit consists of two shafts (43) and (54).
  • Stored on shaft I (43) is the timing wheel I (47) and the timing wheel II (46).
  • Each cycle has 4 spokes offset by 90 degrees. They are mounted on a gap (45 degrees), so that in the view of a clock wheel with 8 spokes, each 45 degrees is visible.
  • the two wheels are staggered in depth, so that their operation two separate tracks with stop cam (57, shown in FIG Fig. 11 ) are necessary.
  • Each track is associated with a switching state of the pole reversal magnets (18).
  • the position of the pole reversal magnets NORD and SOUTH are each assigned to a path. A faulty circuit is therefore not possible.
  • the distance of the stop cams (57, shown in FIG Fig. 11 ) is two shift lengths on each lane. These are offset by half.
  • Mounted on shaft I is the gear R1 (48), which meshes with gear R2 (44) and rotates the shaft II (54).
  • the ratio R1 to R2 is 1: 2.
  • Opposite shaft II (54) is the gear R3 (41). This is engaged with gear R4 and transmits the rotation on gear R5.
  • the gear R5 (53) transmits its movement to the in Fig. 9 shown intermediate wheel (75).
  • All above synchronous gears (74) and their shafts for magnetic holder (73) are rotated (180 degrees), which also in Fig. 7 .
  • Fig. 8 and Fig. 9 are shown.
  • FIG. 10 a ball bearing (42), a collar (45), a bearing I (49) for the rotary clock drive, a bearing with backstop (50), a shaft III (51) and a gear IV (52).
  • Fig. 11 shows a partial plan view of an LPMM without slide with three rotary clock drives and control bar. It is an angle bracket groove (55), a control bar (56), a pressure plate (58), an adjustment slot (59), screws (60) for height adjustment, a guide strip (61) and a thread (62) for attachment to the carriage plate (63) shown.
  • Fig. 12 shows a schematic representation of a switching point in an LPMM with Polumledgemagneten (18) and static magnets (19) and the positions (201), (202), (301) and (302).
  • the theoretical switching point is the first of the static magnets (19) in the neutral zone north-south (201).
  • the end face is arranged opposite the static magnet (19), the center of the magnet surface (302) being congruent with the position (201) of the static magnets.
  • This system is two separate movements. Firstly, the linear movement of the carriage with the rotary magnets (18) and secondly the rotational movement of these magnets (18) by 180 degrees.
  • the switching point can be adjusted or optimized during operation.
  • Fig. 13 shows a partial section of a plan view of a double-acting RPMM on the rotor.
  • the polarity of the magnets is off Fig. 13 seen.
  • Fig. 13 an angular support (64) for magnetic waves, magnetic holder (66), magnetic angle rail (67) and a magnetic carrier (69) for static magnets.
  • Fig. 14 shows a partial cross section of the RPMM Fig. 13 with a rotary clock transmission, wherein a station (68), a support (81) for magnet holder, a bearing block (102) with ball, an intermediate bottom (103) for the arc segment of Fig. 11 , a rack (104), a gear (105) and an adjusting shaft (106) are shown.
  • Fig. 15 shows an enlarged partial view Fig. 14 with representation of the fine adjustment of the switching cam for controlling the rotary clock transmission.
  • Fig. 16 shows a partial section of an RPMM with rotatably mounted by a shaft and gear in the housing pole-changing magnet with a tie rod (107), a spacer II (108), a spacer I (109) and a ring (110) for sensors.
  • Fig. 17 shows a partial section of an RPMMG formed as a coil (127) static magnet (119). Shown are a connector (112), magnet holder (113), magnetic carrier (114) for static magnets, cantilever (115) for static magnets, pole reversal magnets (118), static magnets (119) and a coil (127).
  • Fig. 18 shows two step-reverse gearboxes with screw jack in partial section for controlling an LPMM or RPMM.
  • Fig. 19 shows a switching scheme for the step-reverse transmission Fig. 18 ,
  • the gearbox has three shafts. On the shaft I is a gear with upstream shift ring with lever (99), which on a fixed stop cam (57), as in Fig. 11 shown, runs up. At this meeting, the switching ring is rotated by 45 degrees clockwise with lever (99). This rotation actuates the gear (97) on shaft I which is in engagement with gear (96) on shaft II.
  • the gear (96) on shaft II rotates 45 degrees counterclockwise. Connected with this gear behind the switching ring with lever (98) and is thereby brought into the next switching position (see Fig. 19 ).
  • Lever (99) and lever (98) have separate stop cams (57) on separate tracks. The tracks are assigned to the magnet positions NORD or SÜD respectively.
  • a third gear (95) transmits the rotational movement by 45 degrees on gear (89) with a ratio of 1: 2 on the eccentric shaft (88) of the eccentric (84).
  • the eccentric shaft (88) rotates the eccentric (84) 90 degrees after each shift step in the de-energized direction.
  • This eccentric shaft (88) transmits the movements to the lifting slide (83) with the associated rack (78) (shown in FIG Fig. 17 ).
  • the rack rotates the engaged pinions of the magnetic shafts by 180 degrees.
  • Fig. 18 a slider guide (82), a guide roller (85), a guide pin (86), mounting threads (92) for the bearings I-III, a bearing III (94) for the step-reverse transmission, and a shaft II (100).
  • Fig. 20 shows a partial longitudinal section through an RPMM with two separate magnetic tracks and a first switching unit (switching unit 1).
  • Fig. 21 shows a partial longitudinal section through an RPMM with two separate magnetic tracks and a second switching unit (switching unit 2).
  • the pole reversal magnets are stationary and the magnet packages rotate.
  • the permanent magnet motor RPMM is controlled by two control discs with shift cam and shift wheel.
  • the two control discs (131 and 132) have paired shift cams (142 and 147).
  • the upper control disc (131) with shift cams (142) is associated with the rotation of the magnetic holders (130) from south to north.
  • the lower control disc (142) with shift cams (147) is associated with the rotation of the magnetic holders (130) from north to south. This ensures that incorrect switching by incorrect pole assignment are not possible.
  • the direction of rotation of the rotor (5) is clockwise.
  • the shift wheel (144 and 146) forms a unit and is associated with the control discs (131 and 132).
  • the shift cams (142) shift the shift wheel (144), the shift cams (147) the shift wheel (146).
  • the shift wheel (144 and 146) is rotated 45 degrees by one shift cam each.
  • the toothed wheel (148) connected to the shift wheel (144 and 146) transmits the rotation to the gear (149) in the ratio 1: 2.
  • Force fit on the same shaft is the toothed belt wheel (145) which rotates 90 degrees in the indexing unit 1 as in FIG Fig. 20 shown on the toothed belt wheel (140) and in the switching unit 2 as in Fig. 21 shown on the toothed belt wheel (141) in a ratio of 1: 2 transmits.
  • the Magnet holder (130) by 180 degrees, wherein the gears (154) engage in each other.
  • the magnet holder (135) are made with the base plate for magnet holder as a unit and are inserted and screwed into this prefabricated cut-outs of the rotor (5).
  • the magnetic holders (130) made of brass are provided with grooves for receiving the magnets (118).
  • the bearing plate (150) the magnetic holder (130) as well as the shafts (152 and 153) are mounted.
  • the rotor (5) receives a larger flywheel.
  • the drive components for the magnet holders (130) are firmly mounted and can be easily reached for adjustment and inspection.
  • the assembly of the magnetic holder (130) is pre-assembled by bores in the base plate (71) and the rotor (5).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus Permanentmagneten zur insbesondere auf magnetischen Anziehungs- und Abstoßungskräften beruhenden Relativbewegung eines ersten und eines zweiten Bauelementes zueinander, wobei die Permanentmagnete (18, 19, 118, 119) im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen und sich ein magnetischer Pol im Bereich der Deckfläche des Kreiszylinders und ein magnetischer Pol im Bereich der Grundfläche des Kreiszylinders befindet, wobei statische Magnete (19, 119) lagefest mit dem ersten Bauteil verbunden sind, wobei Polumkehrmagnete (18, 118) in dem zweiten Bauteil senkrecht zu ihrer Zylinderachse drehbar gelagert sind und mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Rotationslage und/oder Rotationsbewegung einzelner oder mehrerer Polumkehrmagnete (18, 118) senkrecht zu ihrer Zylinderachse.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus Permanentmagneten zur insbesondere auf magnetischen Anziehungs- und Abstoßungskräften beruhenden Relativbewegung eines ersten und eines zweiten Bauelementes zueinander.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfach aufgebaute Antriebsanordnung und ein besonders einfaches Verfahren zur Erzeugung einer Relativbewegung anzubieten.
  • Diese Aufgabe wird für die Antriebsanordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und für das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen für die Anordnung werden durch die Unteransprüche 2 - 10 realisiert.
  • Bei den erfindungsgemäßen Permanent-Magnet-Motoren erfolgt die Krafterzeugung durch Drehen der Polumkehr-Magnete, die im Weiteren auch Umpolmagnete genannt werden, um 180 Grad. Die erzeugte Vortriebs-Kraft aller möglichen Permanent-Magnet-Motor-Ausführungen erfolgt insbesondere durch Drehen der Polumkehr-Magnete um 180 Grad in Verbindung mit den statischen Magnete in der neutralen Zone.
  • Den Polumkehr-Magneten gegenüberliegend sind statischen Magnete zugeordnet, wobei die Magnete vorzugsweise zylindrische Form besitzen und in Längs-Richtung polarisiert sind. Daraus resultiert, dass die Magnete an der zylindrischen Mantel-Fläche zur Hälfte NORD und zur Hälfte SÜD polarisiert sind.
  • Die Magnete können sowohl im Durchmesser als auch in der Höhe variabel der Verwendung entsprechend gewählt werden.
  • Die Dreh- oder Längsbewegung eines Permanent-Magnet-Motors erfolgt durch Polumkehr der Polumkehr-Magnete um 180 Grad beim Ereichen der neutralen Stellung NORD-SÜD oder SÜD-NORD mit den gegenüberliegenden statischen Magnete.
  • Durch diese Drehung der Polumkehr-Magnete wird eine Abstosskraft und bei Annäherung zu nächsten Station (Permanent-Magnet) eine Anzugskraft erzeugt. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend.
  • Die Drehung dieser Magnete erfolgt schrittweise fortlaufend wahlweise durch verschiedene Steuerungsarten.
  • Durch die gewählte Anordnung erfolgt das Drehen der Magnete in einen weitgehend neutralen Magnetfeld. Die zum Polwechsel benötigte Kraft beträgt nur ein Bruchteil der Kraft die durch den Polwechsel erzeugt wird.
  • Die Polumkehr-Magnete können sowohl am Gehäuse und wahlweise auch auf dem Rotor oder Schlitten positioniert werden. Die statischen Magnete werden den Polumkehr-Magnete gegenüberliegend positioniert. Zum Antrieb der drehbar gelagerten Polumkehr-Magnete werden Zahnräder, Zahnriemen und/oder Zahnstangen verwendet.
  • Die eine Motoreinheit bildenden Bauteile sind im Allgemeinen baugleich und können der gewünschten Leistung entsprechend erweitert werden. Alle zur Motor-Erweiterung verwendeten Bauteile werden durch Zahnräder oder Zahnstangen getaktet.
  • Die Polwechsel-Magnete können sowohl am statischen Teil des Motors gelagert, aber auch auf den Rotoren oder Schlitten positioniert und gelagert sein.
  • Beim Verfahren zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen ziehen sich mindestens zwei Magnete mit NORD-SÜD Polarisierung gegenseitig an und stoßen sich durch Polwechsel in der neutralen Zone gegenseitig ab.
  • Die verwendeten Magnete sind in der Längsrichtung Nord-Süd polarisiert und in runder Ausführung. Die Wirkrichtung der Magnete ist entweder die Mantelfläche am Umfang oder die Kreisfläche der Polumkehrmagnete, die zu den Mantelflächen am Umfang der statischen Magnete ausgerichtet sind.
  • Die zum Betrieb notwendigen Polwechsel können durch eigen erzeugte mechanische Energie oder mittels Servomotoren durchgeführt werden.
  • Bei diesem Verfahren werden die Polwechsel durch elektrische Schrittmotoren, Rotationsgetriebe oder Schritt-Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe durchgeführt.
  • Die Stromaufnahme der Schrittmotoren beträgt eine Teilmenge der erzeugten Leistung des Permanent-Magnet-Motor. Der Strombedarf wird während des Betriebes durch einen Generator erzeugt, welcher mit einer Starter- und Pufferbatterie verbunden sein kann.
  • Dadurch verfügt man über universell einsetzbare Permanent-Magnet-Motore, die unabhängig von fremder Energie stationär oder mobil genutzt werden können.
  • Die Anordnung kann beispielsweise als RPMM (Rotor-Permanentmagnet-Motor) mit statischen Magneten auf dem Rotor, Polwechsel-Magnete am Außenmantel und der Steuerung der Polwechsel durch Schrittmotoren ausgeführt sein. Bei der Ausführung als RPMM potenziert sich die durch Abstoßung und Anziehung der Magnete entstehende Kraft mit der Hebelwirkung des Rotordurchmessers. Eine Leistungssteigerung kann durch Vergrößern des Rotordurchmessers oder durch Verwendung stärkerer Magnete erfolgen.
  • Auch kann die Anordnung als LPMM (Linear-Permanentmagnet-Motor) mit statischen Magneten am Außenmantel, Polwechsel-Magnete auf dem Schlitten oder Rotor ausgebildet sein. Vorteilhafterweise erfolgt die Steuerung der Polwechsel durch Rotation-Taktgetriebe. Bei der Ausführung als LPMM entsteht durch Abstoßung und Anziehung der Mangnete eine kontinuierliche Vortriebskraft.
  • Des Weiteren kann die Anordnung als LPMM mit statischen Magneten im Paket von beispielsweise je 5 Magnete am Träger montiert und die Polwechsel-Magnete auf dem Schlitten montiert sein. Auch können bei einem RPMM Polwechsel-Magnete auf dem Rotor mit jeweils 2 Magneten vorhanden sein, wobei die Kreisflächen den statischen Magneten zugewandt sind.
  • Die Steuerung der Polwechsel kann durch eine Zahnstange, gesteuert durch ein Hubgetriebe, verbunden mit Schrittmotor oder Schritt-Umkehr-Getriebe erfolgen.
  • Auch kann die Anordnung als LPMM mit am Träger in Paketen zu beispielsweise je 5 Magneten montierten statischen Magneten oder als RPMM mit Polwechsel-Magneten auf dem Schlitten oder Rotor im Zentrum von je 4 statischen Magnet-Paketen ausgeführt sein.
  • Darüber hinaus kann die Anordnung als RPMMG (Rotor-Permanentmagnet-Motor-Generator) ausgeführt sein, wobei die 5'er-Pack Magnete mit Kupferwicklung als Spule ausgebildet sein können. Dabei wird durch die Rotation der Polumkehr-Magnete Strom in den Spulen erzeugt.
  • Die Steuerung der Permanent-Magnet-Motoren kann durch einen Schritt- oder Servo-Motor erfolgen. Auch ist es möglich die Motoren durch Rotation-Takt-Getriebe oder durch Schritt- oder Servo-Motor mit Hubgetriebe zu steuern. Die Steuerung mit Schritt-Motor mit Hub-Getriebe kann durch elektronische Schrittfolge-Zuordnung der im Permanent-Magnet-Motor jeder Station zugeordneten Schritt-Motoren erfolgen. Alternativ hierzu ist die Steuerung durch Servo-Motoren mit Hub-Getriebe durch induktive Sensoren für das Ein- und Ausschalten der Servo-Motoren in Abhängikeit der Rotorbewegung (RPMM) oder Schlittenbewegung (LPMM) möglich. Die Schritt- oder Servo-Motoren können insbesondere mit jedem Schritt 45 Grad drehen. Diese Drehung kann dann durch die Zahnrad-Übersetzungen der Motoren zu den Zahnrädern von ExzenterWellen im Verhältnis 1:2 auf 90 Grad Drehung erhöht werden.
  • Auch ist eine Steuerung des Permanent-Magnet-Motor durch ein Schritt-Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe möglich.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Querschnitt eines Rotor-Permanentmagnet-Motors (kurz RPMM) mit zwei Rotor-Scheiben als Träger der statischen Magnete;
    • Fig. 2 eine Draufsicht entlang des Schnittes A-B des RPMM aus Fig. 1;
    • Fig. 3 einen Querschnitt des RPMM aus Fig. 1 mit einer anderen Steuerung;
    • Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt der Fig. 3 mit Zuordnung der Magnet-Polarität;
    • Fig. 5 eine Draufsicht entlang des Schnittes C-D des RPMM aus Fig. 3;
    • Fig. 6 eine Draufsicht auf die Steuerscheibe mit verstellbaren induktiven Sensoren aus Fig. 3;
    • Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Linear-Permanent-Magnet-Motor (kurz LPMM) mit feststehenden Magneten am Außenmantel und geschalteten Magneten auf dem Schlitten;
    • Fig. 8 einen Querschnitt des LPMM aus Fig. 7;
    • Fig. 9 zwei Lagersäulen mit Zahnradantrieb für die Magnete aus Fig. 7;
    • Fig. 10 zwei Rotations-Taktantriebe auf zwei Ebenen in einer Schnittdarstellung;
    • Fig. 11 eine Teildraufsicht auf einen LPMM ohne Schlitten, mit drei Rotationstaktgetrieben und Steuerleiste;
    • Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Schaltpunktes bei einem LPMM;
    • Fig. 13 einen Teilausschnitt einer Draufsicht auf einen RPMM mit zweifachem Wirkkreis auf dem Rotor;
    • Fig. 14 einen Teilquerschnitt des RPMM aus Fig. 13 mit einem Rotationstaktgetriebe;
    • Fig. 15 eine vergrößerte Teildarstellung aus Fig. 14 mit Darstellung der Feineinstellung der Schaltnocken zum Steuern des Rotationstaktgetriebes;
    • Fig. 16 einen Teilschnitt eines RPMM mit durch eine Welle und Zahnrad im Gehäuse drehbar gelagerten polumschaltbaren Magneten;
    • Fig. 17 ein Teilausschnitt eines Rotor-Permanent-Magnet-Motor-Generators (kurz RPMMG) mit als Spule ausgebildeten statischen Magneten;
    • Fig. 18 zwei Schritt-Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe im Teilschnitt zur Steuerung eines LPMM;
    • Fig. 19 ein Schalt-Schema für das Schritt-Umkehr-Getriebe aus Fig. 18;
    • Fig. 20 einen Teillängsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer ersten Schalteinheit;
    • Fig. 21 einen Teillängsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer zweiten Schalteinheit.
  • Identische Bauteile wurden in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die magnetische Polarisation der Permanentmagnete ist durch "N" für den magnetischen Nordpol und "S" für den magnetischen Südpol gekennzeichnet.
  • Bei den in Fig. 1 bis Fig. 6 dargestellten RPMM befinden sich die statischen Magnete auf dem Rotor und die Polwechsel-Magnete am Außenmantel. Die Steuerung der Polwechsel erfolgt durch Schrittmotoren.
  • Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines RPMM mit zwei Rotor-Scheiben als Träger der statischen Magnete. Die zum Betrieb notwendigen Polwechsel der im Außenmantel gelagerten Magnete werden durch Winkelcodierer und Schrittmotoren gesteuert.
  • Der RPMM besteht aus einer Grundplatte (1), welche im Zentrum die Lagerung (2) und die Rotorachse (25) aufnimmt. Auf der Rotorachse (25) ist der Rotor (5 und 5a) sowie der Rotorträger (26) und die Schwungmasse (22) montiert. Der Rotor (5) mit Rotorträger (26) und Rotor (5a) sowie das Zahnrad (21) sind durch Lager (3) und Freilauf (4) auf der Rotorachse (25) gelagert. Mit der Grundplatte (1) verbunden ist der Zentrierring (20). In diesem zentriert ist der Lagerring (6) angeordnet. Die Lagerringe (7, 8 und 9) sind jeweils durch die darunter liegenden Lagerringen zentriert. Der Lagerring (9) wird nach oben durch den Distanzring (10) und den Abschlussring (11) und dessen Dreipunkt-Lagerung mit der Lagerbuchse (23) abgeschlossen. Der Abschlussring (11) mit Dreipunkt-Lagerung der Lagerbuchse (23) nimmt die Rotorachse (25) auf. Die Rotorachse (25) trägt als Kraftabtrieb das Zahnrad (24).
  • Die Rotoren (5 und 5a) sind am Außendurchmesser auf der Ober- und Unterseite mit den Magneten (19) mit jeweils 8 Stück versehen. Diese Magnete sind mit 45 Grad am Umfang angeordnet. Die Lagerringe (6, 7, 8, 9) sind jeweils mit sechs Lagerungen mit 60 Grad Teilung am Umfang angeordnet. Diese sind zu Aufnahme der Magnete (18) mit Wellen (27) und Zahnräder (17) vorgesehen. Das Zahnrad (21) steht im Eingriff mit dem Zahnrad (12) der Welle (13) der Flexkupplung (14) zum Antrieb des Winkelcodierers (15) mit Lagergehäuse (28).
  • Der Winkelcodierer (15) steuert die sechs Schrittmotoren (16) paarweise gegenüberliegend. Die Wellen der Schrittmotoren (16) sind durch flexible Kupplungen (29) mit den Wellen (27) des Lagerringes (9) gekoppelt. Die Zahnräder (17) des Lagerringes (9) stehen im Eingriff mit den darunter liegenden Zahnräder (17) der Lagerringe (8, 7, 6). Auf der Rotorachse (25) gelagert ist die Schwungmasse (22) mit Rotor (5) und Rotoraufnahme für Rotor (5a) sowie Zahnrad (21).
  • Fig. 2 zeigt eine Draufsicht entlang des Schnittes A-B aus Fig. 1. Die Rotorachse (25) gelagert in der Dreipunkt Lagerbuchse (23) und dem Abschlussring (11). Auf der Rotorachse gelagert ist, wie in Fig. 1 dargestellt, die Schwungmasse (22) der Rotorträger (26) mit Rotor (5a). An der Dreipunkt Lagerung (11) befestigt ist das Lagergehäuse (28) zur Aufnahme der Welle (13). Am Rotor (5a) mit Teilung 45 Grad sind die statischen Magnete (19) auf der Ober- und Unterseite gegenüberliegend befestigt.
  • Als Teilschnitt des Lagerringes (8) sichtbar ist die Welle (27) mit Zahnrad (17) und Magnet (18). Mit Teilung 60 Grad am Umfang sind 6 Schrittmotoren zum Drehen der Wellen (27) mit Zahnrad (17) und Magnet (18) vorhanden.
  • Die Anordnung besteht aus zwei Rotoren (5 u. 5a) mit fest angeordneten Permanent-Magnete (19), am Umfang auf der Ober- und Unterseite gegenüberliegend, mit gleicher Teilung 45 Grad. Die statischen Rotormagnete (19) sind im Wechsel NORD-SÜD, SÜD-NORD am Umfang angeordnet.
  • Die getakteten Magnete (18) sind am Umfang der Lagerringe (6-9) auf gleicher horizontaler Ebene den Rotor-Magnete (19) gegenüberliegend, jedoch mit 60 Grad Teilung angebracht. Diese Magnete (18) sind im Lagerring drehbar, übereinander gelagert und durch Zahnräder (17) verbunden, so dass der Polwechsel dieser Magnete durch Drehen der Wellen (27) um 180 Grad erreicht wird. Auch diese Magnete (18) haben zylindrische Form, mit der N-S Polarisierung in Längsrichtung.
  • Es sind 8 statischen Magnete (19) mit 45 Grad Teilung auf den Rotoren (5 u. 5a) auf Ober- und Unterseite gegenüberliegend angeordnet. Diese Magnete (19) sind im Wechsel N-S, S-N auf der Ober- und Unterseite der Rotoren (5 und 5a) befestigt.
  • Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des RPMM aus Fig. 1 mit einer im Vergleich zu Fig. 1 anderen Steuerung. Die Steuerung erfolgt hier durch induktive Sensoren. Das Zahnrad (21), im Eingriff mit Zahnrad (12), setzen die Wellen (13a) in Drehung. Die Welle (13a) ist gelagert im Lagergehäuse (28a), mittels Lager (33) und Rücklaufsperre (32).
  • Auf der Welle (13a) befestigt ist die Schaltscheibe (38) und der Verstellarm (31) mit Lagerung. Im Verstellarm (31) angeordnet 3 induktive Sensoren (30). Ein Gelenk (37), wie in Fig. 6 dargestellt, weist eine Verstellspindel (34) und ein Kugelgelenk (35) auf. Am Lager-Gehäuse (28a) befestigt ist der Ausleger (39), zur Aufnahme des Kugelgelenkes (35). Auf der Schaltscheibe (38), sind die Schaltnocken (15a) angeordnet.
  • Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt der Fig. 3 mit Zuordnung der Magnet-Polarität. Aus dieser Zeichnung ist die Anordnung der Polumkehr-Magnete (18) und der statischen Magnete (19) ersichtlich. Die Magnete (18 und 19) befinden sich gegenüberliegend am Schaltpunkt, vor dem Polwechsel der Magnete (18). Die Polarität der Magnete (18 und 19) ist durch die jeweilige Beschriftung ersichtlich: Die Bezeichnung "N" entspricht dem magnetischen Nordpol und die Bezeichnung "S" dem magnetischen Südpol.
  • Fig. 5 zeigt eine Draufsicht entlang des Schnittes C-D des RPMM aus Fig. 3. Hierbei entspricht Fig. 5 in Teilen der Fig. 2, jedoch mit einer Welle (13a), einem Schaltnocken (15a) und einem Lagergehäuse für Schaltscheibe (28a).
  • Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf die Steuerscheibe mit verstellbaren induktiven Sensoren aus Fig. 3. Auf der Schaltscheibe (38) sind die Schaltnocken (15a) angeordnet. Auf der Welle (13a) gelagert ist der Verstellarm (31) mit 3 induktiven Sensoren (30), sowie Gelenk (37), Verstellspindel (34) und Kugelgelenk (35). Im Kugelgelenk (35) gelagert ist die Verstellmutter (36). Am Lagergehäuse (28a) befestigt ist der Ausleger (39), dieser ist Festpunkt zur Aufnahme des Kugelgelenkes (35).
  • In den in Fig.1 bis Fig. 6 dargestellten RPMM erfolgt die Steuerung der Polumkehr-Magnete (18) durch Schritt- oder Servo-Motoren. Diese Steuerung läuft folgendermaßen ab:
  • Die Polumkehr-Magnete (18) müssen zu den statischen Rotormagnete (19) entsprechend, ihrer Polarisation ausgerichtet werden. Nach Einschalten der Steuerung und Lösen des Fixierstifts (101) übernehmen die induktiven Sensoren (30) die Taktung der Schrittmotoren (16) paarweise gegenüberliegend. Der Rotor (5 und 5a) dreht sich, da die Polumkehr-Magnete (18) und die Permanent Magnete (19) einen Anzug und Abstoßungs-Zyklus, wechselseitig durchlaufen.
  • Durch Drehen der Polumkehr-Magnete (18) um 180 Grad bei Erreichen der neutralen Zone wechselt die bisherige Anzugskraft in Abstoßkraft.
  • Als neutrale Zone wird diejenige Zone bezeichnet, in der die Polumkehr-Magnete (18) und die statische Magnete (19) mit Nord-Süd oder Süd-Nord Polarität gegenüber liegend positioniert sind.
  • Der Befehl der Steuerung zum Polwechsel der Polumkehr-Magnete (18), erfolgt kurz vor Erreichen der neutralen Zone. Die 180 Grad-Drehung der Polumkehr-Magnete (18), ist bei Erreichen der neutralen Zone zur Hälfte, d.h. mit 90 Grad, erfolgt.
  • Durch Drehung der Polumkehr-Magnete (18) um 180 Grad, wird fortlaufend für jede Magnet-Paarung ein neuer Zyklus eingeleitet. Durch das Zahnrad (21) wird das im Eingriff stehende Zahnrad (12) sowie die Welle (13a) und mit ihr die Schaltscheibe (38) in Drehung versetzt. Auf dieser Schaltscheibe (38) angeordnet, sind die Schaltnocken (15a) in drei verschiedene Durchmessern, denen jeweils ein induktiver Sensor (3) zugeordnet ist.
  • Durch diese Anordnung ist es möglich, alle im Lagerring (6-9) drehbar gelagerten Polwechsel-Magnete (18), durch Drehen um 180 Grad fortlaufend im Wechsel zur Abstossung oder Anziehung, mit den am Rotor (5 und 5a) befestigten statischen Magnete (19) zu bringen.
  • Hierdurch wird der Rotor (5 und 5a) in Drehung versetzt. Der Polwechsel der drehbaren Polwechsel-Magnete (18), im Lagerring (6-9), erfordert nur ein Bruchteil der erzeugten Kraft. Der überschüssig erzeugte Strom kann gespeichert werden.
  • Das Zahnrad (24) ermöglicht den Antrieb eines Dynamos zur Stromerzeugung. So ist es möglich, den zum Betrieb der Schritt-Motoren (16) benötigten Strom zum Drehen der Polwechsel-Magnete (18) selbst zu erzeugen.
  • Die Steuerung der sechs am Umfang des Lagerringes (9) angeordneten Schritt-Motoren (16) erfolgt paarweise gegenüberliegend durch Winkelcodierer (15).
  • Fig. 4 ist ein Teilschnitt der Fig. 3. In dieser Darstellung begegnen sich vier Magnet-Paare (18 und 19) am Schaltpunkt sowie vier Magnet-Paare (18 und 19) auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors (in Fig. 4 nicht dargestellt).
  • Auf Grund der Position der Polwechsel-Magnete (18) und der statischen Magnete (19) ist ersichtlich, dass die Anziehung den bewegungsneutralen Punkt erreicht hat. Durch Drehen der Welle (27) mit Zahnrad (17) im Lagerring (9) um 180 Grad erfolgt die Drehung aller unterhalb angeordneten Polwechsel-Magnete (18) in den Lagerringen (8, 7 und 6).
  • Alle 15 Grad des drehenden Rotors (5 und 5a) erfolgen 2 Impulse zum Umpolen der Polwechsel-Magnete (18). Bei 360 Grad ergeben sich 24 Umpolungen der Polwechsel-Magnete (18). Angesteuert werden jeweils 2 Schritt-Motoren, die um 180 Grad versetzt am Umfang des Abschlussringes (11) befestigt sind. Somit arbeiten jeweils 2 Motoren synchron.
  • Durch den Polwechsel der Magnete (18), erfolgt die fortlaufende Drehung der Rotoren (5 und 5a). Durch Ausschalten der Steuerung für die Motoren (16) stoppt der Rotor (5 und 5a). Das Einschalten der Steuerung für die Motoren (16) bewirkt erneut die Rotation der Rotoren (5 und 5a). Für eine Rotorumdrehung werden 3 Schalt-Impulse benötigt. Diese erfolgen in Drehrichtung fortlaufend zu je zwei sich gegenüberliegenden Motoren (16).
  • Für alle Permanent-Magnet-Motor-Ausführungen, ist der Polwechsel der Magnete (18) bei Erreichen der neutralen Zone die Voraussetzung für die Rotation des Rotors.
  • Durch Verstellen des Hebelarms (31) mittels Gelenk (37), Gewindestange (34) sowie der im Kugelgelenk (35) fixierten Stellschraube (36) in Fig. 6, - was einer Variation des Schaltpunktes entspricht - wird erreicht, den besten Wirkungsgrad des Permanent-Magnet-Motors einzustellen.
  • Fig. 7 zeigt eine Teildraufsicht auf einen LPMM mit feststehenden Magneten am Außenmantel und geschalteten Magneten auf dem Schlitten. Die magnetische Beeinflussung der statischen Magnete (19) und der Polumkehr-Magnete (18) führt zu einer linearen Bewegung entlang der in Fig. 7 dargestellten Pfeilrichtung. Somit wird eine translatorische Relativbewegung der Schlitten-Platte (63) zu der Grundplatte (71) erzeugt. Ferner zeigt Fig. 7 Führungswellen (40), Winkelträger (64) für Magnetwellen, Magnethalter (66), Magnet-Winkel-Schiene (67), eine Station (68), Magnetträger (69) für die statischen Magnete und einen Ausleger (70) des Magnetträgers für die statischen Magnete.
  • Fig. 8 zeigt einen Querschnitt des LPMM aus Fig. 7. Die beiden Ebenen von statischen Magneten (19) und Polumkehr-Magneten (18) stehen sich mit entgegengesetzter magnetischer Polarisierung gegenüber.
  • Fig. 9 zeigt zwei Lagersäulen mit Zahnradantrieb für die Magnete aus Fig. 7 mit einem Verbindungsteil (72), Wellen für Magnethalter (73), Synchronzahnrad (74), Zwischenrad (75), Winkel für Traverse (76) und einer Traverse (77).
  • Fig. 10 zeigt zwei Rotations-Taktantriebe auf zwei Ebenen in einer Schnittdarstellung. Ein derartiges Rotations-Takt-Getriebe kann zur Steuerung eines RPMM oder LPMM dienen. In Fig. 10 sind zwei Einheiten des Rotations-Takt-Getriebes dargestellt. Eine Einheit besteht aus zwei Wellen (43) und (54). Auf Welle I (43) gelagert ist das Taktrad I (47) und das Taktrad II (46). Jedes Taktrad besitzt 4 Speichen um 90 Grad versetzt. Sie sind auf Lücke montiert (45 Grad), so dass in der Ansicht ein Taktrad mit 8 Speichen mit jeweils 45 Grad ersichtlich ist. Die beiden Räder sind jedoch in der Tiefe gestaffelt, sodass zu deren Betätigung zwei getrennte Bahnen mit Anschlag-Nocken (57, dargestellt in Fig. 11) notwendig sind.
  • Jeder Bahn ist ein Schalt-Zustand der Polumkehr-Magnete (18) zugeordnet. Daraus resultiert, dass die Stellung der Polumkehr-Magnete NORD und SÜD jeweils einer Bahn zugeordnet sind. Eine Fehlschaltung ist somit nicht möglich.
  • Der Abstand der Anschlag-Nocken (57, dargestellt in Fig. 11) beträgt auf jeder Bahn zwei Schalt-Längen. Diese sind zueinander um die Hälfte versetzt. Auf Welle I gelagert ist das Zahnrad R1 (48), welches mit Zahnrad R2 (44) im Eingriff ist und die Welle II (54) dreht. Die Übersetzung R1 zu R2 ist 1:2. Auf Welle II (54) gegenüberliegend befindet sich das Zahnrad R3 (41). Dieses steht im Eingriff mit Zahnrad R4 und überträgt die Drehung auf Zahnrad R5. Das Zahnrad R5 (53) überträgt seine Bewegung auf das in Fig. 9 dargestellt Zwischenrad (75). Somit werden alle darüber stehende Synchron-Zahnräder (74) und deren Wellen für Magnet-Halter (73) in Drehung versetzt (180 Grad), die auch in Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt sind.
  • Ferner zeigt Fig. 10 ein Kugellager (42), einen Stellring (45), ein Lager I (49) für den Rotationstaktantrieb, ein Lager mit Rücklaufsperre (50), eine Welle III (51) und ein Zahnrad IV (52).
  • Fig. 11 zeigt eine Teildraufsicht auf einen LPMM ohne Schlitten mit drei Rotationstaktgetrieben und Steuerleiste. Es ist eine Nut (55) für Winkelträger, eine Steuerleiste (56), eine Druckplatte (58), ein Einstell-Schlitz (59), Schrauben (60) zur Höheneinstellung, eine Führungsleiste (61) und ein Gewinde (62) für die Befestigung an der Schlittenplatte (63) dargestellt.
  • Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltpunktes bei einem LPMM mit Polumkehrmagneten (18) und statischen Magneten (19) und den Positionen (201), (202), (301) und (302).
  • Der theoretische Schaltpunkt liegt beim ersten der statischen Magnete (19) in der neutralen Zone Nord-Süd (201).
  • Bei den linear bewegten Magneten (18) ist die Stirnfläche den statischen Magneten (19) gegenüberliegend angeordnet, wobei das Zentrum der Magnetfläche (302) mit der Position (201) der statischen Magnete deckungsgleich ist.
  • Bei diesem System handelt es sich um zwei getrennten Bewegungen. Erstens, die linear Bewegung des Schlittens mit den Drehmagneten (18) und zweitens der Drehbewegung dieser Magnete (18) um 180 Grad.
  • Somit ist eine Vorverlegung des Schaltpunktes notwendig, sodass die Drehbewegung der Drehmagnete (18) bei Erreichen der Position (201) eine Drehung um 90 Grad durchgeführt hat.
  • Durch das Anbringen von Einstellmöglichkeiten, kann der Schaltpunkt während des Betriebes eingestellt oder optimiert werden.
  • Bei Erreichen von Punkt (202) der Drehmagnete (18) und der statischen Magnete (19) ist der theoretische Schaltpunkt erreicht.
  • Es ist jedoch notwendig, auch diesen Schaltpunkt soweit vorzuverlegen, dass beim Erreichen von Punkt (202) die Drehmagnete die 90 Grad Drehung vollzogen haben.
  • Fig. 13 zeigt einen Teilausschnitt einer Draufsicht auf einen RPMM mit zweifachem Wirkkreis auf dem Rotor. Die Polarität der Magnete ist aus Fig. 13 ersichtlich. Ferner zeigt Fig. 13 einen Winkelträger (64) für Magnetwellen, Magnethalter (66), Magnet-Winkel-Schiene (67) und einen Magnetträger (69) für statische Magnete.
  • Fig. 14 zeigt einen Teilquerschnitt des RPMM aus Fig. 13 mit einem Rotationstaktgetriebe, wobei eine Station (68), ein Träger (81) für Magnethalter, ein Lagerklotz (102) mit Kugel, ein Zwischenboden (103) für das Bogensegment aus Fig. 11, eine Zahnstange (104), ein Zahnrad (105) und eine Verstellwelle (106) dargestellt sind.
  • Fig. 15 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung aus Fig. 14 mit Darstellung der Feineinstellung der Schaltnocken zum Steuern des Rotationstaktgetriebes.
  • Fig. 16 zeigt einen Teilschnitt eines RPMM mit durch eine Welle und Zahnrad im Gehäuse drehbar gelagerten polumschaltbaren Magneten mit einem Zuganker (107), einer Distanzbuchse II (108), einer Distanzbuchse I (109) und einem Ring (110) für Sensoren.
  • Fig. 17 zeigt ein Teilausschnitt eines RPMMG mit als Spule (127) ausgebildeten statischen Magneten (119). Dargestellt ist ein Verbindungsteil (112), Magnethalter (113), Magnetträger (114) für statische Magnete, ein Ausleger (115) für statische Magnete, Polumkehrmagnete (118), statische Magnete (119) und eine Spule (127).
  • Fig. 18 zeigt zwei Schritt-Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe im Teilschnitt zur Steuerung eines LPMM oder RPMM. Fig. 19 zeigt ein Schalt-Schema für das Schritt-Umkehr-Getriebe aus Fig. 18.
  • Das Getriebe weist drei Wellen auf. Auf der Welle I befindet sich ein Zahnrad mit vorgelagertem Schaltring mit Hebel (99), welcher auf einen feststehenden Anschlag-Nocken (57), wie in Fig. 11 dargestellt, aufläuft. Bei diesem Zusammentreffen wird der Schaltring mit Hebel (99) um 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht. Diese Drehung betätigt das Zahnrad (97) auf Welle I das im Eingriff mit Zahnrad (96) auf Welle II steht.
  • Das Zahnrad (96) auf Welle II dreht sich um 45 Grad gegen den Uhrzeigersinn. Mit diesem Zahnrad verbunden liegt dahinter der Schaltring mit Hebel (98) und wird dadurch in die nächste Schaltposition gebracht (siehe Fig. 19). Hebel (99) und Hebel (98) haben getrennte Anschlag-Nocken (57) auf getrennten Bahnen. Den Bahnen sind die Magnetstellungen NORD oder SÜD jeweils zugeordnet.
  • Ein drittes Zahnrad (95) überträgt die Drehbewegung um 45 Grad auf Zahnrad (89) mit einer Übersetzung 1:2 auf die Exzenterwelle (88) des Exzenters (84). Somit dreht die Exzenterwelle (88) den Exzenter (84) um 90 Grad nach jedem Schaltschritt in die entgengesetzte Richtung. Diese Exzenterwelle (88) überträgt die Bewegungen auf den Hubschieber (83) mit der damit verbundenen Zahnstange (78) (dargestellt in Fig. 17). Die Zahnstange dreht die im Eingriff befindlichen Ritzel der Magnetwellen um jeweils 180 Grad.
  • Ferner zeigt Fig. 18 eine Schieberführung (82), eine Führungsrolle (85), einen Führungsbolzen (86), Befestigungsgewinde (92) für die Lager I - III, ein Lager III (94) für das Schritt-Umkehr-Getriebe und eine Welle II (100).
  • Fig. 20 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer ersten Schalteinheit (Schalteinheit 1).
  • Fig. 21 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer zweiten Schalteinheit (Schalteinheit 2).
  • In Fig. 20 und Fig. 21 sind dem Motor als Erweiterung ein weiterer Magnet-Halter (130) zugeordnet, sodass auf jeder Magnet-Bahn die Magnet-Halter (130) paarweise angeordnet sind. Die Drehung des hinzugekommenen Magnet-Halters (130) übernimmt ein Zahnrad-Paar (154). Ein Lagersegment (143) ist über eine Säule (138) an den Motor angebracht.
  • Die Polumkehrmagnete sind stationär und die Magnetpakete rotieren. Der Permanent-Magnet-Motor RPMM wird gesteuert durch zwei Steuer-Scheiben mit Schalt-Nocken und Schalt-Rad. Die beiden Steuer-Scheiben (131 und 132) besitzen paarweise angeordneten Schalt-Nocken (142 und 147). Die obere Steuer-Scheibe (131) mit Schalt-Nocken (142) ist die Drehung der Magnet-Halter (130) von Süd auf Nord zugeordnet. Die untere Steuer-Scheibe (142) mit Schalt-Nocken (147) ist der Drehung der Magnet-Halter (130) von Nord auf Süd zugeordnet. Dadurch wird erreicht, das Fehlschaltungen durch falsche Polzuordnung nicht möglich sind.
  • Die Drehrichtung des Rotors (5) erfolgt im Uhrzeigersinn. Das Schalt-Rad (144 und 146) bildet eine Einheit und ist den Steuer-Scheiben (131 und 132) zugeordnet. Die Schalt-Nocken (142) schalten das Schalt-Rad (144), die Schalt-Nocken (147) das Schalt-Rad (146). Das Schalt-Rad (144 und 146) wird durch jeweils einen Schalt-Nocken um 45 Grad gedreht. Das mit dem Schalt-Rad (144 und 146) verbundene Zahn-Rad (148) überträgt die Drehung auf das Zahnrad (149) im Verhältnis 1:2. Kraftschlüssig auf der gleichen Welle ist das Zahn-Riemen-Rad (145), welches die Drehung von 90 Grad in der Schalteinheit 1 wie in Fig. 20 dargestellt auf das Zahn-Riemen-Rad (140) und in der Schalteinheit 2 wie in Fig. 21 dargestellt auf das Zahn-Riemen-Rad (141) im Verhältnis 1:2 überträgt. Somit dreht der Magnet-Halter (130) um 180 Grad, wobei die Zahnräder (154) in einander greifen.
  • Die Magnet-Halter (135) sind mit der Grundplatte für Magnet-Halter als Einheit gefertigt und werden in hierfür vorgefertigte Ausfräsungen des Rotor (5) eingeschoben und verschraubt. Die Magnet-Halter (130) aus Messing sind mit Eindrehungen zur Aufnahme der Magnete (118) versehen. In der Lager-Platte (150) sind die Magnet-Halter (130) wie auch die Wellen (152 und 153) gelagert. Durch diese Bauart erhält der Rotor (5) eine größere Schwungmasse.
  • Die Antriebskomponenten für die Magnet-Halter (130) sind fest montiert und können zur Einstellung und Inspektion gut erreicht werden. Die Montage der Magnet-Halter (130) erfolgt vormontiert durch Bohrungen in der Grundplatte (71) und dem Rotor (5).
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Grundplatte
    2
    Lagerung für Rotorachse
    3
    Lagerung für Rotor
    4
    Freilauf ( Rücklaufsperre)
    5
    Unterer Rotor
    5a
    Oberer Rotor
    6
    Lagerring für Umpolmagnete
    7
    Lagerring für Umpolmagnete
    8
    Lagerring für Umpolmagnete
    9
    Lagerring für Umpolmagnete
    10
    Distanzring
    11
    Abschlussring mit Drei-Punkt-Lagerung
    12
    Zahnrad für Steuerung
    13
    Welle für Steuerung
    13a
    Welle für Steuerung
    14
    Flex-Kupplung
    15
    Winkel-Codierer
    15a
    Schaltnocken
    16
    Schrittmotor
    17
    Zahnrad
    18
    Magnet zum Polwechsel (Polumkehrmagnet)
    19
    statischer Magnet
    20
    Zentrier-Ring
    21
    Zahnrad
    22
    Schwungmasse
    23
    Lagerbuchse
    24
    Zahnrad für Kraftabtrieb
    25
    Rotorachse
    26
    Rotorträger
    27
    Magnetwelle
    28
    Lagergehäuse für Winkel-Codierer
    28a
    Lagergehäuse für Schaltscheibe
    29
    Flexible Kupplung
    30
    Inductive Sensoren
    31
    Verstellarm
    32
    Rücklaufsperre für Welle 13
    33
    Lager für Welle 13
    34
    Verstellspindel
    35
    Kugelgelenk
    36
    Verstellmutter
    37
    Gelenk
    38
    Schaltscheibe
    39
    Ausleger
    40
    Führungswelle
    41
    Zahnrad 3
    42
    Kugellager
    43
    Welle I
    44
    Zahnrad 2
    45
    Stellring
    46
    Taktrad II
    47
    Taktrad I
    48
    Zahnrad 1
    49
    Lager I für Rotationstaktantrieb
    50
    Lager mit Rücklaufsperre
    51
    Welle III
    52
    Zahnrad IV
    53
    Zahnrad V
    54
    Welle II
    55
    Nut für Winkelträger
    56
    Steuerleiste
    57
    Anschlag-Nocken
    58
    Druck-Platte
    59
    Einstell-Schlitz
    60
    Schrauben für Höheneinstellung
    61
    Führungsleiste
    62
    Gewinde für Befestigung an der Schlittenplatte oder dem Rotor
    63
    Schlitten-Platte
    64
    Winkelträger für Magnetwellen
    66
    Magnet-Halter
    67
    Magnet Winkel-Schiene
    68
    Station
    69
    Magnet-Träger statische Magnete
    70
    Magnet-Träger statische Magnete Ausleger
    71
    Grundplatte
    72
    Verbindungsteil
    73
    Welle für Magnet-Halter
    74
    Syncron Zahnrad
    75
    Zwischenrad
    76
    Winkel für Traverse
    77
    Traverse
    78
    Zahnstange
    81
    Träger für Magnet-Halter
    82
    Schieberführung
    83
    Hubschieber
    84
    Exzenter
    85
    Führungs-Rolle
    86
    Führungs-Bolzen
    88
    Exzenter-Welle
    89
    Zahnrad für Exzenter-Welle
    92
    Befestigungsgewinde für Lager I-III 93 Motor-Halterung
    94
    Lager III für Schritt-Umkehr-Getriebe
    95
    Zahnrad Z 3 für Schritt-Schalt-Getriebe
    96
    Zahnrad Z 2 für Schritt-Schalt-Getriebe
    97
    Zahnrad Z 1 für Schritt-Schalt-Getriebe
    98
    Schaltring 1 mit Hebel
    99
    Schaltring 2 mit Hebel
    100
    Welle II
    102
    Lager-Klotz mit Kugel
    103
    Zwischenboden für Bogensegment aus Fig. 11
    104
    Zahnstange
    105
    Zahnrad
    106
    Verstell-Welle
    107
    Zuganker
    108
    Distanz-Buchse II
    109
    Distanz-Buchse I
    110
    Ring für Sensoren
    111
    Feineinstellung für Schaltpunkt
    112
    Verbindungsteil
    113
    Magnet-Halter
    114
    Magnet-Träger für statische Magnete
    115
    Ausleger für statische Magnete
    118
    Polumkehrmagnet
    119
    Statischer Magnet
    127
    Spule
    130
    Magnet-Halter
    131
    Steuerscheibe I
    132
    Steuerscheibe II
    135
    Magnet-Halter für Rotormagnete
    137
    Zentriersegmente für Magnet-Halter Rotormagnete
    138
    Säule
    140
    Zahnriemenrad Z 18 der Schalteinheit 1
    141
    Zahnriemenrad Z 18 der Schalteinheit 2
    142
    Schalt-Nocken für Schaltrad 1
    143
    Lager-Segment
    144
    Schaltrad 1
    145
    Zahnriemenrad Z 36
    146
    Schaltrad 2
    147
    Schalt-Nocken für Schaltrad 2
    148
    Zahnrad Z 40 Mod. 1,5
    149
    Zahnrad Z 20 Mod. 1,5
    150
    Lager-Platte
    152
    Welle für Schaltrad
    153
    Welle für Übersetzung
    154
    Zahnrad
    201
    Position
    202
    Position
    301
    Position
    302
    Position

Claims (11)

  1. Anordnung aus Permanentmagneten zur insbesondere auf magnetischen Anziehungs- und Abstoßungskräften beruhenden Relativbewegung eines ersten und eines zweiten Bauelementes zueinander,
    - wobei die Permanentmagnete (18, 19, 118, 119) im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen und sich ein magnetischer Pol im Bereich der Deckfläche des Kreiszylinders und ein magnetischer Pol im Bereich der Grundfläche des Kreiszylinders befindet,
    - wobei statische Magnete (19, 119) lagefest mit dem ersten Bauteil verbunden sind,
    - wobei Polumkehrmagnete (18, 118) in dem zweiten Bauteil senkrecht zu ihrer Zylinderachse drehbar gelagert sind, und
    - mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Rotationslage und/oder Rotationsbewegung einzelner oder mehrerer Polumkehrmagnete (18, 118) senkrecht zu ihrer Zylinderachse.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung in einem Zustand der Relativbewegung, in dem der Abstand zwischen einem der statischen Magneten (19, 119) und dem räumlich nahe liegendsten Polumkehrmagneten (18, 118) ein Minimum annimmt, die Lage des Polumkehrmagneten (18, 118) durch Drehung dessen Zylinderachse, insbesondere durch Drehung um 180 Grand, von einer Stellung, in der sich ungleichnamige Pole des statischen Magneten (19, 119) und des Polumkehrmagneten (18, 118) gegenüberstehen, in eine Stellung, in der sich gleichnamige Pole gegenüberstehen, ändert.
  3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung einzelne oder mehrere Polumkehrmagnete (18, 118) von einer ersten Lage in eine zweite um 180° gedrehte Lage verbringt.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil eine Rotationsbewegung ist, das erste Bauteil als Stator oder Rotor ausgebildet ist und das zweite Bauteil entsprechend als Rotor oder Stator ausgebildet ist.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil eine lineare Translationsbewegung ist, das erste Bauteil als beweglicher Schlitten (63) oder als Grundplatte (71) ausgebildet ist und das zweite Bauteil entsprechend als Grundplatte (71) oder beweglicher Schlitten (63) ausgebildet ist.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung als Schritt- oder Servomotor ausgebildet ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Steuereinrichtung als Rotation-Takt-Getriebe ausgebildet ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Steuereinrichtung als ein Schritt-Umkehr-Getriebe ausgebildet ist.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung ein Hubgetriebe aufweist.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei statische Magnete als Spule (127) mit Kupferwicklung ausgeführt sind.
  11. Verfahren zur Erzeugung einer Relativbewegung eines ersten und eines zweiten Bauelementes zueinander durch Permanentmagnete,
    - wobei die Permanentmagnete (18, 19, 118, 119) im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen und sich ein magnetischer Pol im Bereich der Deckfläche des Kreiszylinders und ein magnetischer Pol im Bereich der Grundfläche des Kreiszylinders befindet,
    - wobei statische Magnete (19, 119) lagefest mit dem ersten Bauteil verbunden sind, und
    - wobei Polumkehrmagnete (18, 118) in dem zweiten Bauteil senkrecht zu ihrer Zylinderachse drehbar gelagert sind,
    mit folgenden Verfahrensschritten:
    - Verbringen eines Polumkehrmagneten (18, 118) durch Drehung um dessen Zylinderachse in eine Stellung, in der sich ungleichnamige Pole des statischen Magneten (19, 119) und des räumlich naheliegendsten Polumkehrmagneten (18, 118) gegenüberstehen
    - Detektieren eines Zustands der Relativbewegung, in dem der Abstand zwischen dem statischen Magneten (19, 119) und dem räumlich nahe liegendsten Polumkehrmagneten (18, 118) ein Minimum annimmt,
    - Verbringen des Polumkehrmagneten (18, 118) durch Drehung um dessen Zylinderachse in eine Stellung in der sich gleichnamige Pole des statischen Magneten (19, 119) und des räumlich naheliegendsten Polumkehrmagneten (18, 118) gegenüberstehen, wenn der Zustand der Relativbewegung, einen Zustand annimmt, in dem der Abstand zwischen dem statischen Magneten (19, 119) und dem räumlich nahe liegendsten Polumkehrmagneten (18, 118) ein Minimum annimmt.
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WO2009143839A3 (de) 2010-04-15
DE112009001850A5 (de) 2011-04-28
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